防火超疏水涂层、超疏水材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种防火超疏水涂层，包括超疏水分级结构树脂和镶嵌于超疏水分级结构树脂中的阻热隔气层，所述阻热隔气层为取向一致的致密片状蒙脱土层。本发明专利技术还提供一种防火超疏水材料，包括基底材料及位于基底材料表面的防火超疏水涂层。本发明专利技术还提供一种防火超疏水材料的制备方法。本发明专利技术的防火超疏水涂层与防火超疏水材料具有防火性能与疏水性能均优异的特点。

Fireproof superhydrophobic coating, superhydrophobic material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
防火超疏水涂层、超疏水材料及其制备方法
本专利技术属于多功能涂层材料领域，尤其涉及一种防火疏水材料及其制备方法。
技术介绍
高强耐久超疏水涂层，具有防水、防腐、防冰、防尘、自清洁等特性，在电子器件、油水分离、食品包装、装潢装饰等领域表面具有广泛应用。上述大部分应用领域对防火性能具有较高要求。因此，超疏水涂层应设计防火功能，以满足实际需求。目前，构建防火超疏水涂层的常用方法是将具有防火阻燃性的纳米粒子作为骨架物质引入疏水结构，借助纳米粒子的不燃性或阻燃性，提高超疏水表面的防火性能。超疏水结构分布了大量的孔隙，孔隙捕捉空气形成“空气垫”，避免基底材料被水润湿。据文献报道，当水滴与超疏水表面接触时，其与固体表面接触面积低于10％(与空气的接触面积高达90％)，反应了疏水结构所含纳米粒子量较少，孔隙较多。阻燃纳米粒子的低载量极大程度限制了其阻燃性能的改善效果。因此，防火超疏水涂层构建新策略亟待解探索与开发。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种防火性能与疏水性能均优异的防火超疏水涂层、超疏水材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种防火超疏水涂层，包括超疏水分级结构树脂和镶嵌于超疏水分级结构树脂中的阻热隔气层，所述阻热隔气层为高度取向一致的致密片状蒙脱土层。上述取向一致是指片状蒙脱土层的排列方向一致。上述防火超疏水涂层中，优选的，所述超疏水分级结构树脂包括树脂基体及填充于所述树脂基体中的纳米粒子，所述纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、氢氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁、碳基颗粒和羟基磷灰石纳米线中的一种或多种。纳米粒子主要有两种作用，一种是作为不燃纳米粒子协助阻燃，另一种是作为构建分级超疏水树脂的主要粒子，即提供了纳米级粗糙度。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种防火超疏水材料，包括基底材料及位于基底材料表面的防火超疏水涂层。上述基底材料为常见易燃基底，包括但不限于海绵、木材、纸张、织物、棉花等。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种防火超疏水材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将蒙脱土和聚乙烯醇加入水溶液中，超声处理得到分散均一的混合溶液；(2)将基底材料浸泡于上述混合溶液中后取出，悬挂干燥，重复多次浸泡-干燥步骤得到具有阻热隔气层的基底材料；(3)将树脂、固化剂溶于低沸点溶剂中，再加入纳米粒子，搅拌均匀得到反应液；(4)将步骤(2)中得到的具有阻热隔气层的基底材料预先吸入低沸点溶剂(如乙醇、环己烷等，在乙醇溶液中浸泡1-60s)，再将上述具有阻热隔气层的基底材料浸泡于步骤(3)中得到的反应液中，真空加热干燥，即得到防火超疏水材料。上述制备方法中，真空干燥时，基底材料内部低沸点溶剂受热转换为气体，使得基底材料内部气压大于其外部气压，气体释放并对蒙脱土层具有冲击力，在冲击力作用下，蒙脱土向上移动，反应液流入蒙脱土与基底材料之间的空间，干燥后即得到超疏水分级树脂镶嵌阻热隔气层的防火超疏水材料。并且，由于树脂的高粘附力，防火疏水涂层与基底材料之间具有高强的界面结合力。上述制备方法中，优选的，所述水溶液中蒙脱土的浓度为0.5-1.2％g/g，所述水溶液中聚乙烯醇的浓度为0.3-1％g/g。上述制备方法中，优选的，所述水溶液中还加入戊二醛与盐酸，并控制戊二醛的浓度为2.5-5％g/g，所述盐酸的浓度为0.2-0.5％g/g。上述戊二醛作为交联剂，盐酸为促进交联的催化剂。上述制备方法中，优选的，所述基底材料在混合溶液中的浸泡时间为10-60s，浸泡-干燥步骤的重复次数为3-8次，并在每次重复时更换悬挂的方向。多次重复浸泡-干燥步骤，并更换悬挂的方向可以得到取向一致、高密度的蒙脱土阻热隔气层。上述制备方法中，优选的，所述树脂在低沸点溶剂中的浓度为1.6-3％g/mL，所述纳米粒子在低沸点溶剂中的浓度为1-3％g/mL。上述树脂浓度控制超疏水分级结构树脂的厚度。超疏水分级结构树脂的分级结构受低沸点溶剂液态转为气态释放时驱动所得，若厚度大，影响分级结构的构建(不能获得超疏水分级结构)；若厚度太小，会影响所获涂层的稳定性，如不能锚固阻热隔气层，基底附着力差等。纳米粒子是协助环氧树脂获得微纳米级结构的物质，其量决定了纳米粒子的在3维空间的分布，所形成的形貌，最终影响纳米级结构的构建。上述制备方法中，优选的，所述反应液中还加入低表面能修饰剂，所述低表面能修饰剂为硅烷偶联剂，所述低表面能修饰剂在反应液中的浓度为0.8-3％g/mL。低表面能修饰剂的作用为接枝疏水基团到纳米粒子与树脂的表面，降低其表面能。上述制备方法中，优选的，所述真空加热干燥的温度为70-120℃。上述加热温度过低影响低沸点溶剂由液体转为气体并释放过程，进而影响分级结构构建。上述加热温度过高影响基底本身性质，如温度过高影响木材颜色变化，影响滤纸灯韧性等。此外，温度高低影响低沸点溶剂由液体变气体的过程及其释放的快慢，进而影响树脂分级结构构建。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种构建防火超疏水涂层的新策略。在超疏水分级结构中引入阻热隔气层，该防火疏水涂层能有效抑制氧气、热量向基底材料扩撒，从而提高阻燃性能。不同于现有方法，本专利技术通过阻热隔气层与具有超疏水分级结构树脂的协同增效作用，提高材料的防火性。2、本专利技术中的防火超疏水材料的阻燃性能提高显著。以海绵为例，超疏水分级树脂镶嵌阻热隔气层的海绵具有自熄现象，而传统构建方法，即仅用含有阻燃纳米填充物的超疏水分级树脂涂层修饰的海绵，一定程度提高了阻燃性，但并没有自熄现象。3、本专利技术中，超疏水分级结构树脂的作用是提高基底本身的防水性能。当超疏水分级结构树脂长期处于高水压条件，如长期浸泡在水里时候，“空气垫”易被破坏，水容易通过孔隙润湿基底。而阻热隔气层由于其致密的结构具有隔离水分作用。本专利技术中，超疏水分级结构树脂与阻热隔气层协同作用，可以明显提高基底材料的防水效果。4、本专利技术获得的防火疏水材料具有高强界面结合力与化学稳定性。目前防火疏水材料鲜有关注功能层与基底的界面结合等性能，而这些性能极大影响其实际应用。本专利技术创新性以商业树脂(胶粘剂)为主要骨架物质构建超疏水表面，所获超疏水分级结构树脂对阻热隔气层及基底材料具有强大的锚固力，显著提高了防火超疏水材料的稳定性能。以海绵为例，被挤压1200次，仍保持超疏水。所获防火超疏水海绵还展示出极强的化学稳定性，可承受在各类腐蚀性液体、生活常液体、极端温度等苛刻条件破坏。5、本专利技术获得的防火疏水材料具有极高的实际应用价值，可在海绵、滤纸、木材、海绵、棉花等各类基底应用。以海绵在油水分离领域的应用为例，本专利技术获得的防火超疏水海绵可对腐蚀性油水混合液、沸腾/冰的油水混合液、动静态的油水混合液进行高效、重复油水分离，且分离方式弹性(可通过吸附、泵抽离等方式)。上述应用在现有防火超疏水双功能海绵领域鲜有报道。6、本专利技术的制备方法简单、高效，不涉及高成本、环境不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防火超疏水涂层，其特征在于，包括超疏水分级结构树脂和镶嵌于超疏水分级结构树脂中的阻热隔气层，所述阻热隔气层为取向一致的致密片状蒙脱土层。/n

【技术特征摘要】
1.一种防火超疏水涂层，其特征在于，包括超疏水分级结构树脂和镶嵌于超疏水分级结构树脂中的阻热隔气层，所述阻热隔气层为取向一致的致密片状蒙脱土层。


2.根据权利要求1所述的防火超疏水涂层，其特征在于，所述超疏水分级结构树脂包括树脂基体及填充于所述树脂基体中的纳米粒子，所述纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、氢氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁、碳基颗粒和羟基磷灰石纳米线中的一种或多种。


3.一种防火超疏水材料，其特征在于，包括基底材料及位于基底材料表面的防火超疏水涂层，所述防火超疏水涂层为权利要求1或2中的所述的防火超疏水涂层。


4.一种防火超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将蒙脱土和聚乙烯醇加入水溶液中，超声处理得到分散均一的混合溶液；
(2)将基底材料浸泡于上述混合溶液中后取出，悬挂干燥，重复多次浸泡-干燥步骤得到具有阻热隔气层的基底材料；
(3)将树脂、固化剂溶于低沸点溶剂中，再加入纳米粒子，搅拌均匀得到反应液；
(4)将步骤(2)中得到的具有阻热隔气层的基底材料预先吸入低沸点溶剂，再将上述具有阻热隔气层的基底材料浸泡于步骤(3)中得到的反应液中，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿彦，吴义强，贾闪闪，邓松林，罗莎，李贤军，李新功，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43